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Dernière mise à jour : 22-08-2019


 

Etude des performances de détecteurs polarimetriques pour de futures missions spatiales X/gamma

SL-DRF-19-0694

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Philippe LAURENT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Philippe LAURENT

CEA - DRF/IRFU/DAP/LEPCHE

01 69 08 61 40

Directeur de thèse :

Philippe LAURENT

CEA - DRF/IRFU/DAP/LEPCHE

01 69 08 61 40

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=974

La mesure de la polarimétrie des sources astrophysiques X et gamma est un domaine en pleine expansion. La polarimétrie nous ouvre, en effet, une nouvelle fenêtre sur les phénomènes physiques de haute énergie, fenêtre très partiellement dévoilée actuellement par les observations des missions spatiales INTEGRAL et ASTROSAT. Par exemple, seule la polarimétrie peut nous indiquer la présence d’un champ magnétique fort au voisinage des trous noirs en systèmes binaires ou dans les noyaux actifs de galaxies. Elle nous permet aussi de déterminer précisément quelle zone domine l’émission synchrotron d’une nébuleuse de pulsar ou d'un reste de supernova à un instant donné.

En vue de proposer un futur polarimètre gamma spatial aux agences, nous poursuivons depuis 2012 un programme de R&T CNES, qui devrait aboutir en 2019 à la construction d'un mini-télescope Compton comportant un détecteur Silicium à piste (DSSD) et un calorimètre en CeBr3. Une version pouvant être compatible avec un nanosat 3U, où le calorimètre serait une caméra gamma Caliste développée par le CEA, est aussi en cours d’étude.

Le candidat devra donc mesurer les performances de ces télescopes Compton, en particulier auprès de la ligne Haute Energie de l'ESRF à Grenoble, afin de déterminer les performances polarimétriques de ces systèmes. Le candidat devra participer à ces campagnes de tests et d'étalonnage, effectuer les analyses de polarisation, et optimiser ces systèmes. Ces mesures devront servir ensuite à estimer les performances d'une future mission spatiale via des simulations Monte-Carlo, et à détailler les différents objectifs scientifiques potentiellement atteignable par cette mission, qui seront regroupés dans un livre blanc auquel le candidat participera.

Le développement de détecteurs Compton est aussi très important pour la médecine nucléaire, en particulier pour l’hadron-thérapie. L’utilisation d’un détecteur Compton permettrait d’avoir, en effet, un système plus petit et plus sensible pouvant déterminer le point d’impact final des hadrons. Cela permettrait donc d’injecter une dose radioactive beaucoup moins importante aux patients. Une partie de la thèse se fera donc en collaboration avec des médecins. Une version du télescope à base de DSSD pourra être placée à terme dans l’accélérateur expérimental de l’hôpital de Nice, avec lequel nous collaborons.

Gaz interstellaire sombre et Bulles de Fermi

SL-DRF-19-0264

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Isabelle GRENIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Isabelle GRENIER

Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 44 00

Directeur de thèse :

Isabelle GRENIER

Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 44 00

Page perso : https://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/team/bio_grenier.html

Labo : irfu.cea.fr/dap/

De grandes quantités de gaz échappent, faute d’émission, à l’inventaire du milieu interstellaire [1]. Ce gaz sombre se concentre à l’interface entre les phases atomiques et moléculaires des nuages. Il joue un rôle déterminant dans le cycle interstellaire et il nous informe sur la capacité des grands réservoirs de gaz atomique des galaxies à produire des nuages moléculaires pour former des étoiles. Or on ignore presque tout de la composition, de l’état et de l’abondance du gaz sombre, et comment ces propriétés varient à l’échelle d’une galaxie. Trouver des moyens directs d’observation et caractériser cette phase interstellaire sont donc deux objectifs majeurs pour comprendre les écosystèmes galactiques.

On révèle indirectement le gaz sombre en couplant les observations des poussières qu’il contient et des rayons cosmiques qui le sillonnent et rayonnent en gamma. Le but proposé pour la thèse est d’exploiter les données gamma de Fermi et de multiples traceurs interstellaires (Planck, WMAP, Gaia, nouveaux relevés radio et mm) pour étudier le plus grand complexe de gaz sombre du voisinage solaire. Les analyses permettront de quantifier le contenu en gaz visible et sombre des nuages, de suivre la pénétration des rayons cosmiques dans les phases denses et de caractériser l’évolution des propriétés des poussières d’une phase à l’autre. Ce dernier point est essentiel pour ouvrir la voie à des études Galactiques et extragalactiques fiables du gaz sombre en ne s’appuyant que sur l’émission des poussières.

L’étude devra relever le défi de séparer l’émission gamma interstellaire de celle des Bulles de Fermi (grands jets de particules de haute énergie expulsés des régions centrales de la Galaxie) en développant une méthode de séparation de composante multi-spectrale.

L’étudiant(e) pourra également participer au projet de ballon sub-millimétrique co-PILOT du CNES, prévu pour 2020 pour rechercher des signatures de recombinaison de C+ dans le gaz sombre local.

Le travail s’effectuera au sein de la Collaboration internationale Fermi et profitera de nombreux échanges avec des experts interstellaires en France (à l’ENS et l’IRAM), aux Etats-Unis (Alma, Stanford), en Australie (SKA-GASKAP) et en Chine (FAST). L’étudiant(e) participera en début de thèse au mois d’atelier international sur le gaz sombre qui se tiendra à l’Institut Pascal de l’Université Paris-Saclay.

[1] Grenier et al., 2005, Science 307, 1292

Recherche de sursauts gamma avec CTA

SL-DRF-19-0326

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Thierry STOLARCZYK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Thierry STOLARCZYK

CEA - DRF/IRFU/DAp/LEPCHE

+33 1 69 08 78 12

Directeur de thèse :

Thierry STOLARCZYK

CEA - DRF/IRFU/DAp/LEPCHE

+33 1 69 08 78 12

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/thierry.stolarczyk/

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3709

Voir aussi : https://www.cta-observatory.org/

L’observatoire CTA est sur le point de transformer notre vision du ciel à très haute énergie grâce à des performances dix fois supérieures à celles des instruments existants et à des capacités inédites pour l’étude des phénomènes transitoires. L’objectif de la thèse est d’étudier l’influence du fond diffus de lumière extragalactique sur la détectabilité des sursauts gamma, et de contribuer à optimiser les performances de détection en temps réel de ces sursauts et ainsi que d’éventuelles contreparties aux ondes gravitationnelles. Le travail de recherche contribuera au développement de la chaîne de traitement des données et aux outils d’analyse scientifique de CTA, et exploitera les premières données de l’observatoire.

• Astrophysique

 

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